Сумма технологии

Следует заметить, что для человека-технолога клетка является устройством по меньшей мере необыкновенным, которым можно скорее восхищаться, чем понять его. Организм столь «простой», как кишечная палочка (бактерия), делится через каждые 20 минут. В это время бактерия производит белок со скоростью 1000 молекул в секунду. Поскольку молекула белка состоит приблизительно из 1000 аминокислот, каждая из которых должна быть соответственно «расположена» в пространстве и «подогнана» к возникающей молекулярной конфигурации, это не столь уж легкая задача. Примерная, самая осторожная оценка показывает, что бактерия перерабатывает не менее 1000 битов информации в секунду. Это число станет особенно наглядным, если сопоставить его с количеством информации, с каким в состоянии справиться человеческий ум, – около 25 битов в секунду [238] . Печатная страница текста с небольшойинформационной избыточностью содержит около 10 000 битов. Мы видим, что наибольшим информационным потенциалом клетка обладает в своих внутренних процессах, служащих продолжению ее динамического существования. Клетка является «фабрикой», в которой «сырье» расположено повсюду: оно и рядом, и выше, и ниже «производящих машин» – клеточных органелл, рибосом, митохондрий и подобных им микроструктур, которые на шкале величин находятся между клеткой и химической молекулой. Эти микроструктуры состоят из упорядоченных сложных химических структур с «прикрепленными» к ним обрабатывающими инструментами типа ферментов. Похоже, что «сырье» подается к «машинам» и их «инструментам» не какими-то специальными направленными силами, притягивающими нужное сырье и отталкивающими лишнее или непригодное для «обработки», а просто обычными тепловыми движениями молекул. Таким образом, «машины» как бы бомбардируются потоками танцующих в ожидании своей «очереди» молекул и только благодаря своей специфичности и избирательности выхватывают «надлежащие» элементы из этого кажущегося хаоса. Поскольку все эти процессы без исключения имеют статистическую природу, общие соображения термодинамики склоняют нас к выводу, что в ходе таких изменений должны случаться ошибки (например, введение «ложных» аминокислот в возникающую молекулярную спираль белка). Такие ошибки должны быть, однако, редкостью, по крайней мере в норме: ведь «ложно синтезированных» клеткой белков обнаружить не удается. За последние годы кинетике химических реакций живого был посвящен ряд исследований. Эти реакции исследовались не как жестко повторяющиеся циклические процессы, а как некое пластическое целое, которое можно не только поддерживать в его неустанном беге, но направлять быстро и эффективно к достижению важных в данный момент целей. После переработки «выходных параметров» моделируемой клетки большая вычислительная машина в течение 30 часов вычисляла наивыгоднейшее сочетание скоростей реакций в целом и отдельных звеньев этих реакций в клетке.

238

Конечно, имеется в виду не ум, но сознание. Ум человека, читающего эту книгу, не только обрабатывает 4–5 букв в секунду, но еще и заведует телом, то есть обрабатывает огромный массив данных. (Прим. ред.)

Вот к чему приводит необходимая сегодня в науке формализация задачи: те же проблемы бактериальная клетка решает в долю секунды и, разумеется, без мозга – электронного или нейронного.

Однородность клетки является подлинной, но вместе с тем и кажущейся. Подлинной – в том смысле, что ее плазма – коллоидный раствор крупномолекулярных протеидов, белков и липидов, то есть «хаос» молекул, погруженных в жидкую среду. Кажущейся – поскольку прозрачность клетки глумится над попытками подметить ее динамические микроструктуры, а их срез и фиксирование красителями вызывают изменения, уничтожающие первоначальную организацию. Клетка, как показали трудные и хлопотные исследования, не является даже метафорической «фабрикой» из приведенного выше образного сравнения. Процессы диффузии и осмоса между ядром и протоплазмой происходят не просто под действием физического механизма, по градиенту осмотического давления, сами эти градиенты находятся под контролем прежде всего ядра. В клетке можно различить микротоки, молекулярные микропотоки (как бы миниатюрные эквиваленты кровообращения), органеллы же служат узловыми точками этих токов, представляя собой «универсальные автоматы», которые оснащены комплексами ферментов, распределенных в пространстве нужным образом. В то же время органеллы – аккумуляторы энергии, посылаемой в соответствующие моменты в надлежащем направлении.

Если и можно еще как-то представить себе фабрику, состоящую из машин и сырья, плавающих друг подле друга, то трудно понять, как сконструировать фабрику, которая непрестанно меняет свой вид, взаимное сопряжение производственных агрегатов, их специализацию и т. д. Клетка является системой водных коллоидов со многими потоками принудительной циркуляции, со структурой, которая не только подвижна функционально, но и меняется беспорядочно (так что можно даже перемешать протоплазму – лишь бы при этом не повредить некоторых основных структур, – а клетка будет по-прежнему функционировать, то есть жить), непрерывно потрясаемая броуновским движением, с беспрестанными отклонениями от устойчивости. Определенное управление всей совокупностью клеточных процессов возможно только статистически, с использованием немедленных регулирующих воздействий на основе вероятностной тактики. Процессы окисления идут в клетке в виде переноса электронов сквозь «псевдокристаллический жидкий полупроводник». При этом обнаруживаются определенные ритмы, вызванные именно беспрестанным регулирующим воздействием. Это касается и других процессов, например энергетических циклов с аккумулированием энергии в аденозинтрифосфорной кислоте и т. п.

По существу, все высшие организмы лишь скомбинированы из этого элементарного строительного материала; это «выводы и следствия» из результатов и данных, заложенных в каждой клетке, начиная с бактериальных. Ни один многоклеточный организм не обладает универсальностью клетки, хотя в некотором смысле эта универсальность заменяется пластичностью центральной нервной системы. Подобную универсальность проявляет любая амеба; без сомнения, очень удобно иметь ногу, которая при надобности станет щупальцем, а в случае потери тут же заменится другой ногой; я имею в виду pseudopodia– ложноножки амеб. Столь же полезна и способность «в любом месте тела открыть рот»; это тоже умеет делать амеба, обливающая протоплазмой и поглощающая частицы пищи. Здесь, однако, впервые начинает сказываться система предварительно принятых посылок. Клетки, соединяясь в ткани, могут образовывать макроскопические организмы со скелетом, мышцами, сосудами и нервами. Но в случае такого организма даже самая совершенная регенерация не является уже столь всесторонней, как универсальность функций, утраченная вместе с одноклеточностью. Строительный материал ставит предел образованию «обратимых органов». Протоплазма обладает до некоторой степени способностью и сокращаться, и проводить возбуждения, и переваривать поглощенную пищу, но она не сокращается с эффективностью специализированной мышечной клетки, не проводит возбуждений так, как это делают нервные волокна, и не может ни «разжевать» пищу, ни успешно преследовать ее, особенно если эта пища энергична и удирает. Специализация, правда, – это целевое усиление какого-либо из свойств клеточной всесторонности; но вместе с тем это и отказ от всесторонности, последствием которого (пожалуй, не наименее важным) является смерть отдельной особи.

Критика «клеточного постулата» возможна с двух точек зрения. Во-первых, с генетической: в этом случае жидкую (водную) среду для соединении типа аминокислот и других органических веществ – результатов химической деятельности океана и атмосферы – мы принимаем как данную. Ведь только там могли накапливаться эти соединения, только там они могли друг с другом реагировать, отстаивая начало самоорганизации в условиях, какие господствовали на Земле, насчитывавшей «всего лишь» полтора миллиарда лет. Приняв такие начальные условия, можно бы задать вопрос: какова же возможность реализации «прототипа», отличного от эволюционных решений?

Во-вторых, абстрагируясь от неизбежности такой ситуации, можно задуматься над тем, каким было бы оптимальное решение, не зависящее от этих ограничений. Вопрос, иными словами, состоит в следующем: были бы лучшими перспективы развития самоорганизации, если бы некий Конструктор положил ей начало в твердой или газовой среде?

И речи не может идти о том, чтобы сегодня мы могли соперничать (хотя бы в теоретических допущениях) с коллоидной версией гомеостаза, какую выработала Эволюция. Это не значит, что ее и в самом деле нельзя превзойти. Как знать, быть может, отсутствие некоторых атомов, некоторых элементов в сырье, в том строительном материале праклеток, каким могла располагать Эволюция, закрыло ей в самом начале путь к другим, возможно более эффективным энергетически и еще более устойчивым динамически состояниям и типам гомеостаза. Эволюция располагала тем, чем именно располагала, свои материалы она употребила, вероятно, с наибольшей пользой. Поскольку, однако, мы считаем, что процессы самоорганизации в космосе вездесущи и, значит, они могут появиться отнюдь не в исключительных случаях, при чрезвычайном и особо благоприятном стечении обстоятельств, мы допускаем тем самым возможность возникновения в жидких фазах типов самоорганизации, отличных от белкового, а может быть, и коллоидного, причем эти варианты могут быть как «хуже», так и «лучше» земного.

Но что, собственно, значит «хуже» или «лучше»? Не пытаемся ли мы под этими понятиями протащить контрабандой некий платонизм, некие критерии совершенно произвольной системы оценок? Нашим критерием является прогресс или, скорее, возможность прогресса. Под последней мы понимаем выход на материальною арену таких гомеостатических решений, которые не только могут сохраняться наперекор внутренним и внешним помехам, но могут также и развиваться, то есть увеличивать область гомеостаза. Совершенство этих систем – не только в их адаптации к данному состоянию среды, но и в их способности к изменениям. В свою очередь эти изменения должны и отвечать требованиям среды и допускать дальнейшие преобразования, чтобы никогда не дошло до закупорки этого пути последовательных экзистенциальных решений, до пленения в тупике развития.

Земная эволюция, оцениваемая по ее результатам, заслуживает и положительной и отрицательной оценки. Отрицательной – поскольку, как об этом пойдет речь далее, и своим начальным выбором (строительного элемента), и позднейшими методами формирующего действия эволюция лишила свой конечный и наивысший продукт, а именно нас, шансов на плавное продолжение дела прогресса в биологической плоскости. Как биотехнологические, так и моральные соображения не позволяют нам действовать и дальше методами эволюции: биотехнологические – поскольку как определенное конструктивное решение мы слишком детерминированысозидающими силами Природы; моральные – поскольку мы отбрасываем и метод слепых проб и метод слепой селекции. Вместе с тем решение, данное эволюцией, можно оценить и положительно, ибо при всех биологических ограничениях мы располагаем благодаря общественному развитию науки свободой действия, хотя бы в перспективе.

Представляется вполне вероятным, что «земной вариант» по введенным выше критериям – не наихудший и не наилучший из возможных. Статистические рассуждения о Солнечной системе, строго говоря, недопустимы, ибо она насчитывает всего лишь несколько планет. И все же, если исходить из столь скудного сравнительного материала, напрашивается заключение, что клеточно-белковый гомеостаз, несмотря ни на что, в каком-то отношении выше среднего, коль скоро при том же времени существования другие планеты Солнечной системы не создали разумных форм. Но это, как я оговорился, очень рискованное умозаключение, поскольку и временные масштабы и темпы изменений могут быть разными; возможно, что метаново-аммиачные планеты принадлежат другой эволюционной цепочке и нашим столетиям отвечают в ней миллионы лет. Поэтому прекратим дальнейшие спекуляции на эту тему.

От «жидких» гомеостатов перейдем к твердым и газовым. Какими, спрашивается, были бы перспективы развития самоорганизации, если бы некий Конструктор положил ей начало в газовых или твердых скоплениях материи?

Эта проблема имеет не академическое, а весьма реальное значение, поскольку ответ на поставленный вопрос может относиться и к возможным инженерным решениям, и к вероятности возникновения на непохожих на Землю космических телах других, не коллоидных, а «твердых» или «газовых» эволюционных процессов. Как известно, скорость происходящих реакций имеет здесь первостепенное значение. Конечно, не исключительное, так как течение реакций должно удерживаться в надлежащих рамках, должно допускать контроль над ними и их воспроизведение. С созданием циклических процессов возникают самые ранние, первые автоматизмы на молекулярном уровне, основанные на обратной связи и освобождающие частично центральный регулятор от необходимости безустанно наблюдать за всем, что делается в подчиненной ему области.

Итак – газы. Реакции могут происходить в них быстрее, чем в водной среде, но очень существенными факторами являются здесь температура и давление. На Земле для инициирования реакций и их ускорения эволюция использовала «холодную» технологию, то есть основанную на катализе, а не на применении высоких температур. Этот косвенный метод был единственно возможным. Сложность системы, вырабатывающей высокие давления и температуры, может быть, правда, меньшей, чем сложность каталитической системы, но ведь эволюция не могла создать этой первой из ничего. В данном случае она была «Робинзоном-химиком». В подобной ситуации решающим оказывается не «абсолютный» информационный баланс, то есть не тот факт, что количество информации, нужное для постройки соответствующих насосов, для сопряжения некоторых реакций (например, для фокусирования солнечных лучей), благодаря чему создаются условия для реагирования тел, является наименьшим. Наилучшей оказывается та информация, какую можно в данный момент использовать и привести в действие. Твердые тела и атмосфера на Земле не представляли подобных возможностей. Могли ли возникнуть благоприятные условия при других обстоятельствах? На это мы не в состоянии ответить. Можно лишь строить различные предположения. Конечно, из твердых тел мы уже умеем делать гомеостаты, хотя пока еще примитивные (например, электронные машины). Но эти решения, содержащие ряд принципиальных недостатков, можно признать лишь вступлением к настоящему конструированию таких гомеостатов.